книги из ГПНТБ / Боланд Дж. Приборы контроля ядерных реакторов (внутризонные)

регенерации ядерного топлива, при которых в качестве раство­ рителей применяются жидкие металлы. Датчики с диапазонами полной шкалы от 127 до 355,6 мм успешно испытывалнсь при

мые в конструкции датчика, являются радиационностойкими, а стойкость к температурам этого датчика делает его привлека­ тельным для применения в корпусе реактора.

Датчик самоиндукции с тремя катушками. На рис. 6.8 схематически показан датчик, работающий на принципе взаи­ моиндукции вихревых токов в трех катушках. Этот датчик работает подобно дифференциальному трансформатору, а именно: выходной сигнал вторичных катушек, подсоединенных последовательно — навстречу, пропорционален разности во взаимодействии между первичной и каждой вторичной обмот­ ками. Когда датчик полностью погружен в проводящую жид­ кость, взаимодействие между первичной и каждой вторичной обмотками будет одинаковым, а выходной сигнал минимальным. Подобная же ситуация имеет место, если датчик полностью извлечен из проводящей жидкости. Для определения уровня можно использовать любую схему, когда датчик достигнет

90

заданной отметки высоты в жидкости или жидкость достигнет заданной отметки высоты относительно датчика. Материал, рас­ положенный рядом с одной вторичной обмоткой, можно подо­ брать так, чтобы он имел коэффициент взаимодействия по вихревому току либо подобный жидкости, либо полностью отличный, и, следовательно, получить нулевой отсчет только при одном уровне или при от­ сутствии его. Датчики уровня жидкости этого типа можно применять для непрерывного измерения уровня пли для из­ мерения его в заданной точке.

Был разработан один датчик для установки на внешней сто­ роне корпуса [4].

скольких метров, но ей свойственны недостатки, связанные с

ление пара при рабочей температуре системы, то для указания уровня в одной точке можно использовать очень простой кон­ тактный датчик, схема которого показана на рис. 6.9. Когда зонд находится над жидкостью, через катушку реле протекает ток, достаточный, чтобы замкнуть контакт. Когда жидкость касается зонда, сопротивление зонда, жидкости и стенки бака

91

последовательно шунтируют катушку реле и вызывают размы­ кание контакта. Если бы катушка реле размещалась последо­ вательно с зондом, она замыкалась бы, когда жидкость сопри­ касалась с зондом.

Датчики с двумя зондами обеспечивают сигналы верхнего п. нижнего уровня соответственно, и любой из двух будет пода-

проводимость, то непрерывное показание уровня в баке можно получить, подсоединив вольтметр вместо катушки реле. По­ скольку большинство теплоносителей реакторов не являются хорошими электрическими проводниками ИЛИ обладают отно­ сительно ВЫСОКИМИ давлениями пара при рабочих температурах, или и то, и другое, то в таких случаях простые датчики с оми­ ческими зондами оказываются неподходящими для применений в реакторах. Поэтому были разработаны более сложные сис­ темы.

На рис. 6.10 показана схема датчика, предназначенного для измерения уровня в жидкометаллических системах. Ниже при­ водятся, его основные особенности.

1. Датчик можно вваривать непосредственно в корпус или монтировать на фланце любого стандартного типа, обеспечивая

92

Если стенки зонда и токоведущих проводов внутри зонда изготовлены из одинакового материала, то изменения темпера­ тур вызывают изменения сопротивлений зонда и токоведущих проводов на ту же самую величину без изменения напряжения на выходе. Такой же самокомпенсацней обладает датчик в слу­ чае, если под действием излучения меняется сопротивление материала.

В этом типе зонда обычно используется переменный ток, чтобы термоэлектрические напряжения не вносили погрешно­ стей в измерения [7].

Автор испытывал та­ кой датчик и установил, что контактное сопротивление не вызывает осложнений после

того, как жидкий металл смочит зонд. Время, необходимое для . смачивания зонда, зависит от его материала, типа жидкого металла и температуры. Если произошло смачивание, то кон­ тактное сопротивление не внесет погрешностей, если зонд нахо­ дился в среде инертного газа в течение нескольких недель и снова погрузился в жидкий металл.

непосредственно к верхней части бака, поскольку цепь, состоя­ щая из жидкого металла и стенки бака, соединяется парал­ лельно с зондом, когда жидкий металл соприкасается с ним.

94

высоким входным импедансом является более надежным. Несмотря на то, что термоэлектрические потенциалы не пред­ ставляют такой серьезной проблемы в случае с фиксированным зондом, как это имеет место с датчиком для непрерывного измерения уровня на постоянном токе, рекомендуется приме­ нять схемы на переменном токе, если положение зонда фикси­ ровано.

Рис. 6.13. Схема омического датчика со сдвоенным зондом для изме­

[12]. Данные испытаний, полученные с помощью датчика дли­ ной 380 мм, показали неточность менее 6,35 мм в диапазоне температур от 200 до 760° С.

Омические датчики не нашли широкого применения для измерений уровня в реакторах с водяным теплоносителем и замедлителем, так как для предупреждения коррозии реактор­ ных материалов требуется высокое удельное сопротивление воды. Установка омических датчиков в этих реакторах потре­ бовала бы изоляторов с очень высоким удельным сопротивле­ нием в месте ввода датчика через уплотнение под давлением, а из соображений безопасности установка керамических или стеклянных уплотнений в корпусах реакторов под давлением нежелательна.

95

Глава седьмая

ИЗМЕРЕНИЕ РАСХОДА

7.1. ВВЕДЕНИЕ

Попытки измерять расходы внутри активных зон первых реакторов с помощью чувствительных датчиков, расположенных вне корпуса реактора, оказались неудачными. Были разрабо­ таны тахометрические расходомеры, предназначенные для уста­ новки в топливных кассетах и успешно применяемые в кипящих реакторах с 1960 г. Эти расходомеры продолжают оставаться наиболее привлекательными для измерении внутри активных зон водоохлаждаемых реакторов до сегодняшнего' дня.

Были разработаны другие типы расходомеров, а в настоя­

Величину расхода через каждую кассету важно знать не только лицам, проектирующим и эксплуатирующим реакторы, но и лицам, ответственным за безопасность реакторов по сле­ дующим причинам.

1.Температура топлива в каждой кассете зависит от рас­ хода теплоносителя, и любые возможные отклонения в распре­ делении расхода по кассетам от номинальных значений должны учитываться при определении максимально допустимого уровня мощности реактора.

2.Различные отложения в каналах или уменьшение проход­ ных сечений теплоносителя могут привести со временем к изме* нению распределения расхода по реактору, поэтому измерение расходов даже в нескольких соответствующим образом выбран­ ных кассетах может оказаться полезным при определении этих изменений.

3.Если бы недорогой и надежный прибор, измеряющий рас­ ход, мог бы быть установлен в каждой кассете, то можно было

бы защитить ядерное топливо активной зоны от повреждения при внезапном прекращении циркуляции теплоносителя в одной или нескольких кассетах. Хотя такие случаи очень редки, они приводят к длительным остановкам реактора, а некоторые гипотетические аварии с потерей расхода могут разрушить

активную зону полностью, если реактор не будет немедленно' остановлен.

4. Часто трудно предсказать расход через специальныекассеты или экспериментальные каналы, установленные в ак­ тивных зонах исследовательских реакторов, поскольку изменяю­ щие расход расширения и изгибы топлива не имеют места при испытаниях в петлях вне реактора.

зом. Это особенно справедливо для реакторов с естественной циркуляцией теплоносителя, где невозможно измерить полный расход теплоносителя через активную зону с помощью расходо­ мера, установленного вне активной зоны. Таким образом, для установления связи между расходом и другими параметрами

7.2.ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РАСХОДОМЕРЫ

Кэтому классу расходомеров относятся такие общеизвест­ ные приборы, как измерительная диафрагма, расходомер. Вентури, трубки Пито и Стошейба. Основной особенностью этих приборов является получение значительных разностей давлений независимо от того, проводятся ли измерения внутри корпуса реактора или внутри активной зоны. При этом надо либо иметь трубки достаточной длины (от точки отбора до расположенного вне корпуса датчика), создающие разность давлений, либо-

Наличие трубок большой длины между точкой отбора проб и датчиком создает определенные трудности из-за гидростатиче­ ского напора, скопления в трубках паров или газов, закипания или замерзания жидкостей, плохих временных характеристик, и изменений плотностей жидкостей из-за градиентов темпера­ туры. Эти проблемы подробно освещены в литературе. Приме­ нение таких приборов в реакторах приводит к дополнительным трудностям из-за наличия систем перегрузки топлива и из-за необходимости иметь высококачественные уплотнения в местах вывода из корпуса реактора линий связи. Ограничения на имеющиеся в настоящее время датчики давлений и дифферен­ циальных давлений при применении их внутри активной зоны обсуждались в гл. 4 и здесь повторяться не будут.

На ранней стадии развития реакторов дифференциальные расходомеры использовались внутри корпусов только там, где измерения расхода производились вне активной зоны. Напри­ мер, приборы Вентури, установленные на выходе из реактора и снабженные достаточным количеством датчиков разности давлений, использовались в реакторе EBR-II для измерения.

98

расхода в первом контуре [1J, а статические трубки Пито и Стошейба — для измерения скорости рециркуляции в реакторе EBWR [2, 3].

В настоящее время дифференциальные расходомеры для измерений в активной зоне уже не применяются.

7.3. ТАХОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСХОДОМЕРЫ

Типичный тахометрический расходомер (рис. 7.1) состоит из корпуса, ротора (турбинки) и воспринимающей обмотки для измерения скорости вращения ротора. Скорость вращения

250

Рис. 7.1. Схем-а тахиметрического расходомера для измерений внутри активной зоны:

/ — обмотка; 2 — магнит турбннкн.

ротора определяется углом атаки лопасти и скоростью жидко­ сти. В некоторых типах тахометрических расходомеров устанав­ ливаются постоянные магниты, и выходной сигнал восприни­ мающей обмотки представляет собой переменный ток с часто­

чувствительные обмотки с переменным магнитным сопротивле­ нием, которые создают импульс каждый раз, когда лопасть пересекает виток или витки обмотки. Сигналы обмоток усили­ ваются и с помощью схемы, измеряющей частоту или период,

расходом; т — весовой расход; р8 — плотность пара; р; — плот­ ность жидкости; а — объемное паросодержание или пустотная объемная доля; х — весовое паросодержание или весовая доля

7* 99